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科学纵横谈（之五 普朗克的量子理论（上））
德国物理学家马克斯•普朗克（Ｍax Ｐlanck，1858―1947年）发现并创立量子理论，自然是公认的物理学大家。他是量子物理学的开创者和奠基人，1918获得年诺贝尔物理学奖。普朗克的量子理论是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。 1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。然而在理论上导出这个公式，必须假设物质辐射的能量是不连续的，只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论难题。他还进一步提出了能量子与频率成正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。 普朗克常数记为 h 是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，他在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hv，v为辐射电磁波的频率，h为一常量，叫为普朗克常数。普朗克常数的值约为：6.626196×10^-34J•s，其中J为能量单位焦耳，s为时间单位秒。 普朗克常数的物理单位为能量乘上时间，也可视为动量乘上位移量，角动量单位为，牛顿（N）•米（m）•秒（s）。 普朗克作过一次演讲，他演讲的内容是关于物体热辐射的规律，即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克研究这一问题的已有 6 年之久，在这次演讲中，他公布了自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律，这一定律与最新的实验结果精确符合，后来人们称此定律为普朗克定律。然后普朗克指出，为了推导出这一定律，必须假设在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化是不连续的，换句话说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此，普朗克还引入了一个新的自然常数（即普朗克常数），普朗克首次指出了热辐射过程中能量变化的非连续性。普朗克所提出的能量量子化是一个划时代的发现，能量子的存在打破了一切自然过程都是连续的经典定论，第一次向人们揭示了自然的非连续本性。普朗克的发现使神秘的量子出现在人们的面前。 |
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